KR100271314B1 - Device and method to excavate automatically in an excavator - Google Patents

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KR100271314B1
KR100271314B1 KR1019970066115A KR19970066115A KR100271314B1 KR 100271314 B1 KR100271314 B1 KR 100271314B1 KR 1019970066115 A KR1019970066115 A KR 1019970066115A KR 19970066115 A KR19970066115 A KR 19970066115A KR 100271314 B1 KR100271314 B1 KR 100271314B1
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Abstract

PURPOSE: A device and a method to excavate automatically in an excavator are provided to be capable of assuring a reliable control though external conditions or loads are varied since a purge control is performed while making control rules determinable by the experience of a driver and a trial and error method. CONSTITUTION: A boom cylinder(134), an arm cylinder(135) and a bucket cylinder(136) respectively drive a boom, an arm and a bucket. A boom control valve(131), an arm control valve(132) and a bucket control valve(133) respectively adjust the amount of press oil provided to respective cylinders(134,135,136) to control the rotating angle of respective cylinders. A position sensor(121) senses the current rotating angle of the boom. An angle sensor(122) senses the current rotating angle of the arm. A stroke sensor(123) senses the current rotating angle of the bucket. A purge logic controller(110) receives the current rotating angles sensed by the sensors(121,122,123) to apply a purge logic control theory, and then outputs control signals to respective control valves(131,132,133).

Description

굴삭기의 자동 굴삭장치 및 방법Automatic Excavator and Method of Excavator

본 발명은 퍼지 제어 이론을 적용하여 굴삭기를 사용한 여러 가지 작업을 자동으로 수행하기 위한 것이다.The present invention is to automatically apply various operations using an excavator by applying the fuzzy control theory.

일반적으로, 굴삭기는 각 작업기(붐, 암, 버켓)와, 상기 각 작업기를 구동하기 위한 붐 실린더, 암 실린더, 버켓 실린더 및 굴삭기 몸체의 선회동작을 위한 선회모터와, 상기 각 실린더에 동력원인 압유를 공급하기 위한 원동기 및 유압펌프로 구성되어, 굴삭, 배토, 정지 작업 등 여러 가지 작업을 수행하는 유압식 건설기계이다.In general, excavators are each working machine (boom, arm, bucket), the boom cylinder, arm cylinder, bucket cylinder and the swinging motor for turning operation of the excavator body for driving the respective working machine, the hydraulic oil is a power source for each cylinder Consists of a prime mover and a hydraulic pump for supplying the oil, it is a hydraulic construction machine that performs a variety of operations, such as excavation, excavation, stop work.

상기 굴삭기를 사용하여 정지 작업을 수행하기 위하여 붐, 암, 버켓이 동시에 제어되어야 하는 바, 버켓 또는 암 선단이 일정한 궤적으로 이동하도록 제어하여야 한다.In order to perform the stop operation by using the excavator, the boom, arm, and bucket must be controlled at the same time, and the bucket or arm tip must be controlled to move in a constant trajectory.

상기와 같이 굴삭기로 여러 가지 작업을 하기 위하여는 각 작업에 따라 각 작업기의 조작레버를 숙련된 동작으로 동시 조작하여야만 하기 때문에 고도의 숙련 조작이 요구되는 바, 미숙련자도 쉽게 수행할 수 있도록 하는 자동 굴삭 장치에 대한 많은 방안이 제시되고 있다.As described above, in order to perform various operations with an excavator, the operation lever of each work machine must be operated simultaneously by skilled operation according to each operation. Therefore, highly skilled operation is required, and thus an automatic excavation can be easily performed even by an inexperienced person. Many measures for the device have been proposed.

그 중의 한 장치로서, 운전자가 암 레버만을 조작하더라도 붐과 버켓이 동시에 제어되도록 하는 장치가 제안된 바가 있다. 즉, 이는 직선 또는 법면 굴삭 작업을 수행하기 위해 암 레버의 조작에 의한 암 선단의 이동량을 고려하여 붐 실린더 및 버켓 실린더로 제공되는 유량을 제어함으로써 초기에 선정된 각도로 수렴하면서 일정각 굴삭하도록 제어하는 방법이다.As one of the devices, a device has been proposed in which the boom and the bucket are simultaneously controlled even if the driver operates only the arm lever. That is, it controls to excavate at a predetermined angle while converging at an initially selected angle by controlling the flow rate provided to the boom cylinder and the bucket cylinder in consideration of the amount of movement of the arm tip by the operation of the arm lever to perform a straight or front excavation operation. That's how.

그러나, 이러한 방법을 적용할 경우에도 운전자의 숙련이 부족하여 암 레버의 오조작에 의한 암 선단이 일정 궤적에서 크게 벗어나게 되는 경우에는 붐, 버켓의 제어를 통한 초기의 일정각 유지가 불가능하게 되는 등 소기의 목적을 이룰 수 없는 문제가 발생하게 된다.However, even when such a method is applied, when the tip of the arm is insufficiently deviated from the predetermined trajectory due to the inadequate driver's skill, it is impossible to maintain the initial constant angle by controlling the boom and the bucket. A problem arises in which the desired purpose cannot be achieved.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 대한민국 특허공고 제96-13596호 '건설기계의 작업 자동 제어장치' 에서는 가변 구조 제어 이론(Variable structual control)이 적용된 제어장치가 제안되고 있다. 즉, 작업자가 초기에 직선굴삭, 법면굴삭, 고르기 작업, 일정각 굴삭 등과 같은 작업 모드를 선택하고, 해당 작업에서의 굴삭 각도를 선정한 다음 자동 작업을 선택할 경우, 작업 자동화 컨트롤러에서 자동으로 초기의 굴삭 각도를 유지하면서 굴삭 작업이 수행되도록 최적의 작업경로를 연산하고 상기 컨트롤러에서 연산된 최적의 경로를 따라 각 작업기가 이동하도록 각각의 작업기 제어밸브들에 제어신호를 출력하여 각 작업기 실린더에 공급되는 유량을 제어함으로써 각 작업기가 목표한 굴삭각도를 유지하면서 작업이 이루어지도록 되어 있다. 아울러, 상기 연산된 작업 경로에서 자동 굴삭작업의 수행중 운전자가 작업 속도를 증가하고자 할 경우에 운전자가 자동작업 속도 제어레버를 조작하면 이 조작량에 비례하여 작업속도가 증가하도록 되어 있다.In order to solve the above problems, the Republic of Korea Patent Publication No. 96-13596 'Automatic work control device for construction machinery' has been proposed a control device applied to the variable structual control theory (Variable structual control). In other words, if the operator initially selects a work mode such as straight excavation, surface excavation, picking operation, constant angle excavation, selects the excavation angle in the corresponding operation, and then selects automatic operation, the operation automation controller automatically performs initial excavation. The flow rate supplied to each machine cylinder by calculating a control path to each machine control valve so that each machine moves along the optimal path calculated by the controller while calculating the optimum work path to maintain the angle while maintaining the angle. By controlling this, the work is performed while each work machine maintains the target digging angle. In addition, when the driver operates the automatic work speed control lever when the driver intends to increase the work speed during the automatic excavation work in the calculated work path, the work speed is increased in proportion to the manipulation amount.

상기한 가변 구조 제어 이론이 적용된 굴삭기의 제어장치에 있어서 유압밸브 및 서보밸브가 갖는 비선형 특성을 제어하기 위해 PID(비례-적분-미분) 제어를 이용한다.In the excavator control apparatus to which the variable structure control theory described above is applied, PID (proportional-integral-derivative) control is used to control the nonlinear characteristics of the hydraulic valve and the servovalve.

그러나, 상기한 PID 제어를 이용하더라도 유압 회로에 충격이 가해지면 각 작업기의 높이와 이동속도를 일정하게 유지할 수 없게 되는 문제점이 있다. 또한, 종래의 가변 구조 제어 이론이 적용된 굴삭기의 제어장치는 외부환경이나 부하변동에 따라 채터링 현상과 도달시간 지연 등 비선형 제어에 있어 신뢰성을 갖지 못하게 되는 문제점이 있다.However, even when the above PID control is used, there is a problem in that the height and the moving speed of each work machine cannot be kept constant when an impact is applied to the hydraulic circuit. In addition, the control device of the excavator to which the conventional variable structure control theory is applied has a problem in that it is not reliable in nonlinear control such as chattering phenomenon and arrival time delay according to external environment or load fluctuation.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 운전자의 경험과 시행착오 등으로 판단할 수 있는 제어규칙을 퍼지추론에 의해 스스로 만들어 불확실성을 예측, 제어할 수 있도록 하는 굴삭기의 자동 굴삭장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, an excavator that can make a control rule that can be judged by the driver's experience, trial and error, etc. by fuzzy inference and predict and control the uncertainty. The purpose of the present invention is to provide an automatic digging device and method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 굴삭장치는, 작업기인 붐, 암 및 버켓과, 상기 각 작업기를 구동하기 위한 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더와, 상기 각 실린더에 제공되는 압유의 양을 조절하여 상기 각 실린더의 회전각을 조절하는 붐 제어밸브, 암 제어밸브 및 버켓 제어밸브, 상기 붐, 암 및 버겟의 현재 회전각을 감지하는 회전각 감지수단, 상기 회전각 감지수단을 통해 감지되는 붐, 암 및 버켓의 현재 회전각을 입력받아 퍼지 논리 제어 이론을 적용시킨 후 상기 각 제어밸브로 제어신호를 출력하는 퍼지 논리 컨트롤러를 포함하는 굴삭기의 굴삭장치에 있어서, 상기 퍼지 논리 컨트롤러가, 상기 회전각 감지수단으로부터 붐, 아암, 및 버켓의 회전각신호를 입력받아 디지털신호로 변환한 후 퍼지 변수화하는 퍼지화 입력부와, 제어편차와 제어편차의 1계 차분값, 제어편차의 2계 차분값이 포지티브인지 네거티브인지에 따라 조작량의 변화분을 결정하기 위한 소정의 퍼지 제어 규칙이 저장된 데이터 베이스부와, 상기 퍼지화 입력부로부터 입력된 붐과 아암 및 버켓의 변수값을 연산하여 현재(K)의 제어편차, 제어편차의 1계 차분값, 제어편차의 2계 차분값을 구한 후 퍼지추론에 의해 상기 데이터 베이스부에 저장된 퍼지 제어 규칙들을 적용하여 조작량(command)을 결정하는 퍼지 추론부와, 상기 퍼지 추론부에서 출력되는 조작량을 상기 붐과 아암과 버켓을 구동하기 위한 전류량으로 변환하여 상기 붐 제어밸브, 암 제어밸브 및 버켓 제어밸브로 각각 출력하는 디퍼지화 출력부를 구비하는 것을 특징으로 한다.Excavation device of the present invention for achieving the above object, the boom, the arm and the bucket, which is a working machine, the boom cylinder, arm cylinder and bucket cylinder for driving the respective working machine, the amount of hydraulic oil provided to each cylinder Boom control valve, arm control valve and bucket control valve for adjusting the rotation angle of the cylinder by adjusting the rotation angle detection means for detecting the current rotation angle of the boom, arm and bucket, the rotation angle detection means In the excavator device of the excavator comprising a fuzzy logic controller for receiving the current rotation angle of the boom, the arm and the bucket to apply the fuzzy logic control theory, and outputs a control signal to each control valve, the fuzzy logic controller, A fuzzy input unit configured to receive a rotation angle signal of the boom, arm, and bucket from the rotation angle detection unit, convert the signal into a digital signal, and then convert the fuzzy parameter into a digital signal; A database unit storing predetermined fuzzy control rules for determining changes in the manipulated variable depending on whether the first difference between the difference and the control deviation and the second difference between the control deviation are positive or negative, and input from the fuzzy input unit Calculates the control deviation of the current (K), the first difference of the control deviation, and the second difference of the control deviation by calculating the variable values of the boom, the arm and the bucket, and the fuzzy control stored in the database unit by fuzzy inference. The boom control valve, the arm control valve and the bucket control by converting the operation amount output from the fuzzy inference unit and the amount of current for driving the boom, the arm and the bucket to determine a command by applying rules It is characterized by including the depurification output part which outputs to a valve, respectively.

또한, 본 발명에 따른 굴삭기의 굴삭방법은, 붐, 아암 및 버켓을 초기 위치로 이동하는 초기화 과정과, 굴삭기의 작업모드가 자동모드인 경우 상기 붐, 아암, 및 버켓의 현재(K) 회전각을 감지하는 과정과, 상기 붐, 아암, 및 버켓의 현재(K) 회전각을 설정값과 비교하여 제어 편차값(NK)과 제어 편차의 1계 차분값(△NK), 및 2계 차분값(△2NK)을 구하는 과정과, 상기 산출된 제어편차값(NK)과 제어편차의 1계 2차분값(△NK), 및 2계 차분값(△2NK)에 따라, 규칙1; NK= P1이면 △CK= PCl, 규칙2; NK= N1이면 △CK= Nc1, 규칙3; △NK= P2이면 △CK= Pc2, 규칙4; △NK= N2이면 △CK= Nc2, 규칙5; △2NK= P3이면 △CK= Pc3, 규칙6; △2NK= N3이면 △CK= NC3으로 정의된 퍼지제어 규칙들을 적용하여 조작량(△CK)을 결정하는 퍼지추론과정과, 상기 퍼지추론결과 구한 조작량을 붐, 아암, 및 버켓의 제어밸브로 인가하기 위한 전류값으로 변환하는 과정과, 작업 자동화 컨트롤러에서 자동으로 초기의 굴삭 각도를 유지하면서 굴삭 작업이 수행되도록 최적의 작업 경로를 연산하고 상기 컨트롤러에서 연산된 최적의 경로를 따라 붐, 아암, 및 버켓이 이동하도록 상기 붐, 아암, 및 버켓의 제어밸브로 상기 전류값을 출력하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the excavation method of the excavator according to the present invention, the initialization process for moving the boom, arm and bucket to the initial position, and the current (K) rotation angle of the boom, arm, and bucket when the operation mode of the excavator is automatic mode process, and the boom, the arm, and the current (K) rotation the set value compared to the control deviation value first order difference value (N K) and control variation (△ N K) of the bucket to detect, and the second order Calculating the difference value Δ 2 N K , the calculated first and second difference values ΔN K , and the second difference value Δ 2 N K of the control deviation value N K and the control deviation. According to Rule 1; ΔC K = P Cl , rule 2 if N K = P 1 ; ΔC K = N cl , rule 3 if N K = N 1 ; ΔC K = P c2 , rule 4 if ΔN K = P 2 ; If ΔN K = N 2, ΔC K = N c 2 , rule 5; ΔC K = P c3 , Rule 6 if Δ 2 N K = P 3 ; △ 2 N K = N 3 is △ C K = N manipulated variables by applying the fuzzy control rules are defined as C3 (△ C K) fuzzy reasoning and the fuzzy inference result of the obtained operation amount boom, the arm, and the bucket to determine the The process of converting the current value to be applied to the control valve of the operation, and the task automation controller automatically calculates the optimal work path to perform the excavation work while maintaining the initial excavation angle and follow the optimal path calculated by the controller And outputting the current value to a control valve of the boom, the arm, and the bucket so that the boom, the arm, and the bucket move.

도 1은 본 발명에 따른 굴삭기의 자동 굴삭장치의 구성을 도시한 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of an automatic excavator of an excavator according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 굴삭기의 자동 굴삭방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.2 is a flow chart showing the flow of the automatic digging method of the excavator according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

11O : 퍼지 논리 컨트롤러 111 : A/D 변환기11O: Fuzzy Logic Controller 111: A / D Converter

112 : 퍼지화 입력부 113 : 데이터 베이스부112: fuzzy input unit 113: database unit

114 : 퍼지 추론부 115 : 자기 진단부114: fuzzy inference unit 115: self-diagnostic unit

116 : 디퍼지화 출력부 117 : D/A 변환기116: Diffuser output unit 117: D / A converter

121 : 위치센서 122 : 각도센서121: position sensor 122: angle sensor

123 : 스트로크 센서 131 : 붐 제어밸브123: stroke sensor 131: boom control valve

132 : 암 제어밸브 133 : 버켓 제어밸브132: arm control valve 133: bucket control valve

134 : 붐 실린더 135 : 암 실린더134: boom cylinder 135: arm cylinder

136 : 버켓 실린더136: bucket cylinder

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 굴삭기의 자동 굴삭장치가 도시된 도면으로서, 작업기인 붐, 암 및 버켓(미도시)과, 상기 각 작업기를 구동하기 위한 붐 실린더(134), 암 실린더(135) 및 버켓 실린더(136)와, 상기 각 실린더(134,135,136)에 제공되는 압유의 양을 조절하여 상기 각 실린더의 회전각을 조절하는 붐 제어밸브(131), 암 제어밸브(132) 및 버켓 제어밸브(133)와, 상기 붐의 현재 회전각을 감지하는 위치센서(121)와, 상기 암의 현재 회전각을 감지하는 각도센서(122)와, 상기 버켓의 현재 회전각을 감지하는 스트로크 센서(123)와, 상기 위치센서(121), 각도센서(122) 및 스트로크 센서(123)를 통해 감지되는 붐, 암 및 버켓의 현재 회전각을 입력받아 퍼지 논리 제어 이론을 적용시킨 후 상기 각 제어밸브(131,132,133)로 제어신호를 출력하는 퍼지 논리 컨트롤러(110)를 포함하며 구성되어 있다.1 is a view showing an automatic excavator of an excavator according to the present invention, a boom, an arm and a bucket (not shown), which is a working machine, a boom cylinder 134, an arm cylinder 135 for driving the respective working machines and A boom control valve 131, an arm control valve 132, and a bucket control valve 133 for adjusting the rotation angle of each cylinder by adjusting the bucket cylinder 136 and the amount of pressure oil provided to the cylinders 134, 135, and 136. ), A position sensor 121 for detecting a current rotation angle of the boom, an angle sensor 122 for detecting a current rotation angle of the arm, a stroke sensor 123 for detecting a current rotation angle of the bucket, and After receiving the current rotation angle of the boom, arm, and bucket detected through the position sensor 121, the angle sensor 122, and the stroke sensor 123, and applying fuzzy logic control theory, the control valves 131, 132, and 133 are applied. Fuzzy logic controller 110 for outputting a control signal to the It is.

여기서, 상기 퍼지 논리 컨트롤러(110)는 상기 위치센서(121), 각도센서(122) 및 스트로크 센서(123)로부터 입력되는 센싱신호를 디지틀 신호로 변환하는 A/D 변환기(111)와, 상기 디지틀 변환된 센싱신호를 퍼지 제어 프로그램에 적용시키기 위해 적절한 신호처리를 수행하는 퍼지화 입력부(112)와, 다수의 퍼지 제어 규칙이 저장된 데이터 베이스부(113)와, 상기 데이터 베이스부(113)에 저장된 퍼지 제어 규칙을 근거로 하여 퍼지추론을 수행하는 퍼지 추론부(114)와, 상기 퍼지 추론부(114)의 추론 과정을 자기 진단하는 자기 진단부(115)와, 상기 퍼지 추론부(114)에서 출력되는 퍼지 추론 결과를 전류량으로 신호 처리하는 디퍼지화 출력부(116)와, 상기 디퍼지화 출력부(116)에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하여 각 제어밸브(131,132,133)로 출력함으로 상기 제어밸브로 인가되는 전류량이 가변되도록 하는 D/A 변환기(117)를 포함하며 구성된다.The fuzzy logic controller 110 may include an A / D converter 111 for converting a sensing signal input from the position sensor 121, the angle sensor 122, and the stroke sensor 123 into a digital signal, and the digital signal. In order to apply the converted sensing signal to the fuzzy control program, a fuzzy input unit 112 for performing proper signal processing, a database unit 113 storing a plurality of fuzzy control rules, and stored in the database unit 113 In the fuzzy inference unit 114 performing fuzzy inference based on the fuzzy control rule, the self diagnosis unit 115 for self-diagnosing the inference process of the fuzzy inference unit 114, and the fuzzy inference unit 114 The depurifier output unit 116 for signal-processing the output fuzzy inference result as the amount of current, and converts the signal output from the depurifier output unit 116 into an analog signal and outputs the analog signal to each control valve (131, 132, 133) Is configured comprising a D / A converter 117 such that the amount of current that is applied to the variable valve.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 도 1의 블럭도 및 도 2의 흐름도를 참조로 하여 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the operation and effect of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. 1 and the flowchart of FIG. 2.

먼저, 데이터 베이스부(113)에 저장된 퍼지 제어 규칙을 살펴보면 다음과 같다.First, look at the fuzzy control rules stored in the database unit 113 as follows.

규칙(rule) 1;NK= P1이면 △ CK= PC1 Rule 1; if N K = P 1 △ C K = P C1

규칙(rule) 2;NK= N1이면 △ CK= NC1 Rule (rule) 2; if N K = N 1 △ C K = N C1

규칙(rule) 3;△ NK= P2이면 △ CK= PC2 Rule 3; when △ N K = P 2 △ C K = P C2

규칙(rule) 4;△ NK= N2이면 △ CK= NC2 Rule (rule) 4; △ N K = N 2 = N K If the △ C C2

규척(rule) 5;△2NK= P3이면 △ CK= PC3 Rule 5; if △ 2 N K = P 3 △ C K = P C3

규칙(rule) 6;△2NK= N3이면 △ CK= NC3 Rule 6; if △ 2 N K = N 3 △ C K = N C3

여기서, 시간 K에 대하여, 상기 NK는 제어 편차값(NK=ν - μK)이고, △ NK는 상기 제어 편차의 1계 차분(△ NK= NK- NK-1)이며, △2NK는 상기 제어 편차의 2계 차분(△2NK= △ NK- △ NK-1)이다. △ CK는 명령(Command)으로서 조작량의 변화분(△ CK= CK- CK-1)을 의미한다. 또한, 상기 P는 포지티브(positive)의 약어이고, N 은 네거티브(Negative)의 약어이다. 또한, 상기 ν, μK는 각각 설정 속도(목표속도), 현재(K)의 속도를 의미한다.Here, with respect to time K, N K is the control deviation value (N K = ν-μ K ), and Δ N K is the first difference of the control deviation (Δ N K = N K -N K-1 ). , Δ 2 N K is the second difference (Δ 2 N K = Δ N K − Δ N K-1 ) of the control deviation. Δ C K means a change of the manipulated variable (Δ C K = C K − C K −1 ) as a command. In addition, P is an abbreviation of positive and N is a negative abbreviation. Further, ν and μ K mean the speeds of the set speed (target speed) and the current K, respectively.

퍼지 추론부(114)는 상기한 퍼지 제어 규칙에 의한 퍼지 추론으로 조작량을 결정한다.The fuzzy inference unit 114 determines the amount of operation by fuzzy inference based on the above fuzzy control rule.

굴삭기를 이용한 작업을 하기 위해서는 각 작업기가 초기 위치로 이동하는 초기화 작업이 먼저 이루어져야 한다(단계 21). 즉, 붐, 암 및 버켓이 초기위치로 이동한다(단계 22). 단계 23에서 굴삭기 작업이 자동 모드로 설정되어 있으면 다음 단계인 단계 24로 진행하고, 자동 모드로 설정되어 있지 않으면 제어 흐름을 종료한 후 작업자에 의해 수동 모드 작업이 이루어지도록 한다.In order to work with an excavator, an initialization work in which each work machine moves to an initial position must be performed first (step 21). That is, the boom, arm and bucket move to the initial position (step 22). In step 23, if the excavator operation is set to automatic mode, the process proceeds to the next step, step 24. If not, the control flow is terminated and the manual mode operation is performed by the operator.

단계 24는 붐, 암 및 버켓의 현재 회전각을 센싱하는 단계인 바, 위치센서(121), 각도센서(122) 및 스트로크 센서(123)를 통해 상기 붐, 암 및 버켓의 현재 회전각을 센싱한다.Step 24 is a step of sensing the current rotation angle of the boom, the arm and the bucket bar, the current rotation angle of the boom, arm and bucket through the position sensor 121, the angle sensor 122 and the stroke sensor 123 do.

단계 25는 입력되는 센싱신호를 신호 처리하는 단계인데, 이는 A/D 변환기(111)와 퍼지화 입력부(112)에 의해 이루어진다. 즉, 상기 A/D 변환기(111)는 상기 센싱신호를 디지틀 신호로 변환하고, 상기 퍼지화 입력부(112)는 상기 센싱신호가 퍼지 제어 프로그램에 적용될 수 있도록 적절한 신호처리를 수행한다.Step 25 is a signal processing of the input sensing signal, which is performed by the A / D converter 111 and the fuzzy input unit 112. That is, the A / D converter 111 converts the sensing signal into a digital signal, and the fuzzy input unit 112 performs appropriate signal processing so that the sensing signal can be applied to a fuzzy control program.

단계 26은 퍼지화 추론부(114)가 데이터 베이스부(113)에 저장된 퍼지 제어규칙을 근거로 하여 퍼지 추론을 수행하는 단계인 바, 제어 편차값과 상기 제어 편차의 1계 차분 및 2계 차분을 구하여 각 퍼지 제어 규칙에 적용시킴으로 조작량을 결정한다. 일 예로서, 규칙 1을 적용하면 제어 편차값이 포지티브이면 즉, 현재 회전각이 목표 회전각보다 크면 현재 조작량을 낮춤으로 조작량의 변화량이 네거티브가 되도록 한다.Step 26 is a step in which the fuzzy inference unit 114 performs fuzzy inference based on the fuzzy control rules stored in the database unit 113, and the first difference and the second difference between the control deviation value and the control deviation. MV is determined by applying to each fuzzy control rule. As an example, if rule 1 is applied, if the control deviation value is positive, that is, if the current rotation angle is greater than the target rotation angle, the change amount of the manipulation amount is made negative by lowering the current manipulation amount.

상기와 같이 퍼지 추론부(114)에서 출력되는 퍼지 추론 결과는 퍼지 논리가 실행됨으로 에러가 보정되는 바, 이는 현재의 에러량과 에러의 변화량을 근거로 하여 에러 보정량을 결정하게 된다.As described above, the fuzzy inference result output from the fuzzy inference unit 114 corrects an error by executing a fuzzy logic, which determines an error correction amount based on a current error amount and a change amount of the error.

다음 표 1에는 퍼지 논리를 위한 제어 규칙이 표시되어 있다.Table 1 below shows the control rules for fuzzy logic.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00001
Figure kpo00001

상기한 표 1에서 세로측은 현재의 에러량을 표시하고, 가로측은 에러의 변화량을 표시한다. 여기서, 상기 퍼지 언어값의 의미는 다음 표 2에 표시되어 있다.In Table 1, the vertical side indicates the current error amount, and the horizontal side indicates the amount of change in the error. Here, the meaning of the fuzzy language value is shown in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00002
Figure kpo00002

상기 표 2의 퍼지 논리로 에러가 보정된 퍼지 추론 결과는 디퍼지화 출력부(1l6)에서 전류값으로 변환되고(단계 28), D/A 변환기(117)에서 아날로그 신호로 변환된 후 붐 제어밸브(131), 암 제어밸브(132) 및 버켓 제어밸브(133)로 입력된다(단계 29). 이때, 상기 각 제어밸브(131,132,133)에 인가되는 전류값에 따라 유압펌프(미도시)에서 각 실린더(134,135,136)로 공급되는 유압이 가변되는 바, 상기 붐 실린더(134), 암 실린더(135) 및 버켓 실린더(136)의 조작량이 가변되면서 붐, 암 및 버켓의 현재 회전각이 변화하게 된다.The fuzzy inference result of which the error is corrected by the fuzzy logic of Table 2 is converted into a current value at the depurifying output unit 116 (step 28), and is converted into an analog signal at the D / A converter 117 and then the boom control valve. 131, the arm control valve 132 and the bucket control valve 133 are input (step 29). At this time, the hydraulic pressure supplied to each cylinder (134, 135, 136) from the hydraulic pump (not shown) is varied according to the current value applied to each of the control valves (131, 132, 133), the boom cylinder 134, arm cylinder 135 and As the operation amount of the bucket cylinder 136 is variable, the current rotation angle of the boom, the arm and the bucket is changed.

그리고 상기 붐, 암 및 버켓의 현재 회전각은 앞에서 설명하였듯이 위치센서(121), 각도센서(122) 및 스트로크 센서(123)에서 감지되는 바, 상기 위치센서(121), 각도센서(122) 및 스트로크 센서(123)는 센싱신호를 출력하고 상기 센싱신호는 다시 퍼지 논리 컨트롤러(110)로 입력되어 퍼지 제어된 후 각 제어밸브(131,132,133)로 입력된다.And the current rotation angle of the boom, arm and bucket is detected by the position sensor 121, the angle sensor 122 and the stroke sensor 123, as described above, the position sensor 121, the angle sensor 122 and The stroke sensor 123 outputs a sensing signal, and the sensing signal is inputted to the fuzzy logic controller 110 and purged, and then input to the control valves 131, 132, and 133.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 운전자의 경험과 시행착오 등으로 판단할 수 있는 제어규칙을 퍼지추론에 의해 스스로 만들면서 퍼지 제어하기 때문에 굴삭기의 외부환경이나 부하가 변동되어도 신뢰성있는 제어를 할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, fuzzy control is made by fuzzy reasoning of control rules which can be judged by the driver's experience and trial and error, so that reliable control can be performed even when the external environment or load of the excavator is changed. It has an effect.

Claims (3)

(정정) 작업기인 붐, 암 및 버켓과, 상기 각 작업기를 구동하기 위한 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더와, 상기 각 실린더에 제공되는 압유의 양을 조절하여 상기 각 실린더의 회전각을 조절하는 붐 제어밸브, 암 제어밸브 및 버켓 제어 밸브, 상기 붐, 암 및 버켓의 현재 회전각을 감지하는 회전각 감지수단, 상기 회전 각 감지수단을 통해 감지되는 붐, 암 및버켓의 현재 회전각을 입력받아 퍼지 논리 제어 이론을 적용시킨 후 상기 각 제어밸브로 제어신호를 출력하는 퍼지 논리 컨트롤러를 포함하는 굴삭기의 굴삭장치에 있어서, 상기 퍼지 논리 컨트롤러가, 상기 회전각 감지수단으로부터 붐, 아암, 및 버켓의 회전각신호를 입력받아 디지털신호로 변환한 후 퍼지 변수화하는 퍼지화 입력부와, 제어편차와 제어편차의 1계 차분값, 제어편차의 2계 차분값이 포지티브인지 네거티브인지에 따라 조작량의 변화분을 결정하기 위한 소정의 퍼지 제어 규칙이 저장된 데이터 베이스부와, 상기 퍼지화 입력부로부터 입력된 붐과 아암 및 버켓의 변수값을 연산하여 현재(K)의 제어편차, 제어편차의 1계 차분값, 제어편차의 2계 차분값을 구한 후 퍼지추론에 의해 상기 데이터 베이스부에 저장된 퍼지 제어 규칙들을 적용하여 조작량(command)을 결정하는 퍼지 추론부와, 상기 퍼지 추론부에서 출력되는 조작량을 상기 붐과 아암과 버켓을 구동하기 위한 전류량으로 변환하여 상기 붐 제어밸브, 암 제어밸브 및 버켓 제어밸브로 각각 출력하는 디퍼지화 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 자동 굴삭 장치.(Correction) Adjusting the rotation angle of each cylinder by adjusting the boom, the arm and the bucket, which is a working machine, the boom cylinder, the arm cylinder and the bucket cylinder for driving the respective working machine, and the amount of pressure oil provided to each cylinder Input boom control valve, arm control valve and bucket control valve, the rotation angle detection means for detecting the current rotation angle of the boom, arm and bucket, the current rotation angle of the boom, arm and bucket detected by the rotation angle detection means And a fuzzy logic controller for outputting a control signal to each of the control valves after the fuzzy logic control theory is applied. The fuzzy logic controller includes a boom, an arm, and a bucket from the rotation angle sensing means. A fuzzy input unit that receives the rotation angle signal of the controller and converts it into a digital signal, and then converts it into a fuzzy variable, a first difference value between the control deviation and the control deviation, and a second difference between the control deviation A database unit in which a predetermined fuzzy control rule for determining a change in the manipulated variable is determined according to whether the value is positive or negative, and the variable values of the boom, the arm and the bucket inputted from the fuzzy input unit are calculated and present (K). A fuzzy inference unit for determining a command amount by applying the fuzzy control rules stored in the database unit by fuzzy inference after obtaining a control deviation, a first difference value of the control deviation, and a second difference value of the control deviation; And an extruding output unit configured to convert an operation amount output from the purge inference unit into an amount of current for driving the boom, the arm, and the bucket and output the output to the boom control valve, the arm control valve, and the bucket control valve, respectively. Automatic excavation device. 제1항에 있어서, 상기 퍼지 논리 컨트롤러는 상기 퍼지 추론부의 추론 과정을 자기 진단하는 자기 진단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 자동 굴삭장치.The apparatus of claim 1, wherein the fuzzy logic controller further comprises a self-diagnostic unit configured to self-diagnose the inference process of the fuzzy inference unit. (정정) 붐, 아암 및 버켓을 초기 위치로 이동하는 초기화 과정과, 굴삭기의 작업모드가 자동모드인 경우 상기 붐, 아암, 및 버켓의 현재(K) 회전각을 감지하는 과정과, 상기 붐, 아암, 및 버켓의 현재(K) 회전각을 설정값과 비교하여 제어 편차값(NK)과 제어 편차의 1계 차분값(△NK), 및 2계 차분값(△2NK)을 구하는 과정과, 상기 산출된 제어편차값(NK)과 제어편차의 1계 차부값(△NK), 및 2계 차분값(△ 2NK)에 따라, 규칙1; NK = P1 이면 △CK = PC1, 규칙2; NK = N1 이면 △ CK = NC1, 규칙3; △NK = P2 이면 △ CK = PC2, 규칙4; △NK = N2 이면 △CK = NC2, 규칙5; △2NK = P3이면 △CK = PC3, 규칙6; △2NK = N3 이면 △CK = NC3으로 정의된 퍼지제어 규칙들을 적용하여 조작량(△CK)을 결정하는 퍼지추론과정과, 상기 퍼지추론결과 구한 조작량을 붐, 아암, 및 버켓의 제어밸브로 인가하기 위한 전류값으로 변환하는 과정과, 작업 자동화 컨트롤러에서 자동으로 초기의 굴삭 각도를 유지하면서 굴삭 작업이 수행되도록 최적의 작업 경로를 연산하고 상기 컨트롤러에서 연산된 최적의 경로를 따라 붐, 아암, 및 버켓이 이동하도록 상기 붐, 아암, 및 버켓의 제어밸브로 상기 전류값을 출력하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 자동 굴삭방법.(Correction) the initialization process of moving the boom, the arm and the bucket to the initial position, the process of detecting the current (K) rotation angle of the boom, arm, and bucket when the operation mode of the excavator is automatic mode, the boom, Comparing the current (K) rotation angle of the arm and the bucket with a set value to obtain a control deviation value (NK), a first difference value (ΔNK), and a second difference value (Δ2NK) of the control deviation; Rule 1 according to the calculated control deviation value NK, the first difference value ΔNK of the control deviation, and the second difference value Δ2NK; CK = PC1, rule 2 if NK = P1; CK = NC1, rule 3 if NK = N1; ΔNK = P2, ΔCK = PC2, rule 4; ΔCK = NC2, rule 5 if ΔNK = N2; ΔCK = PC3, rule 6 if DELTA 2NK = P3; When Δ2NK = N3, the fuzzy inference process of determining the manipulated value ΔCK by applying the fuzzy control rules defined as ΔCK = NC3, and applying the manipulated value obtained as a result of the fuzzy inference to the control valve of the boom, arm, and bucket Process of converting the current to the current value, and the task automation controller automatically calculates the optimum work path for the excavation work while maintaining the initial excavation angle, and follows the optimal path calculated by the controller for the boom, arm, and bucket. And a step of outputting the current value to a control valve of the boom, the arm, and the bucket so as to move the excavator.
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